[发明专利]用于从燃气中去除重金属的方法及组合物

说明书

相关申请的交叉引用

本发明要求美国第61/176,759号临时申请的优先权，该申请的全部内容纳入本发明作为参考。

技术领域

本发明涉及一种从燃气中去除重金属的方法以及一种能有效去除重金属的组合物。特别地，本发明的方法及组合物能特别有效地从煤燃烧所形成的燃气中去除重金属。

背景技术

主要由于成本及能源的原因，燃煤发电业正逐步将高硫煤作为主要燃料来源。这些燃料燃烧后将产生大量二氧化硫副产品，造成环境问题，因此必须在气体从烟囱排出前将其从烟气中去除。燃煤发电业所采用的一种从烟气中去除SO₂的技术为烟气脱硫装置或FGD，通常称为“洗涤塔”。

洗涤塔基本上为一大型容器，例如900MW发电厂所使用的750,000加仑的洗涤塔，其中，烟气暴露于与固体试剂混合的喷水中，该固体试剂能与烟气中的SO₂发生化学反应、形成固体及相对有利的物质。一种洗涤试剂为碳酸钙(CaCO₃)，其与SO₂反应形成固体亚硫酸钙(CaSO₃)的淤浆。其它常用的试剂包括氢氧化钙以及氢氧化镁。在许多情况下，洗涤塔中初始形成的亚硫酸钙进一步被氧化形成硫酸钙(CaSO₄)，或石膏。合成石膏可作为多种商业上有用的产品，例如墙板或土壤改良剂，或可作为无害的填埋物。

其它必须从烟气中去除的污染物是重金属以及硒。所关注的特定重金属为汞。洗涤塔技术的优势之一是亚硫酸钙/硫酸钙淤浆能有效地捕捉烟气中至少一种气态汞。

燃气中气相汞通常为如下两种形式之一：汞元素或金属汞(即Hg⁰)以及氧化汞或Hg⁺²。氧化形式的汞较容易溶解于洗涤塔中所形成的淤浆中。大部分被溶解的氧化汞最终形成所谓富铁微粒，或如同洗涤塔固体颗粒部分的粘土，因此不会从发电厂烟囱排放。

通过捕捉洗涤塔中的Hg⁺²来控制汞排放通常是有效的；然而并非不存在问题。一尤其困难的问题是由于所谓二次排放的化学反应所引起的。在二次排放的过程中，溶解于洗涤塔淤浆的氧化汞被再次还原为汞元素或Hg⁰，从洗涤塔中脱气。当洗涤塔出口的Hg⁰浓度远大于洗涤塔进口的Hg⁰浓度时，能容易地观察到该现象。汞的二次排放率放通常以百分比表达，并通过以下公式计算：

汞的二次排放率在15％左右至50％以上表明，在许多情况下某公司在达到当前或预期汞减排要求的方面存在严重缺陷。

另一问题涉及Hg⁺²和洗涤塔淤浆中固体组分之间的结合强度。特别地，在墙板制造业中，由于汞/洗涤塔固体络合物的热分解，烘干及煅烧石膏所采用的温度会导致墙板生产中大量汞的释放。关于汞-石膏结合强度缺陷的进一步问题是，在将石膏用于农业或只是进行填埋时，汞会从洗涤塔固体物中沥出。

一种解决汞二次排放及热分解或沥出的技术方案是以更不溶的以及更热稳定的化学形式捕捉并隔离洗涤塔中的汞，特别是以硫化汞(HgS)的形式。硫化汞具有热稳定性及化学惰性。由于其化学惰性，其将不会再次还原为元素汞，因此不参与二次排放反应。由于其热稳定性，在墙板制造过程中不会被释放。

美国专利7,407,602公开了一种捕捉洗涤塔中氧化汞及元素汞的技术。该技术中，向洗涤塔淤浆中添加碱土金属硫化物和磷酸盐缓冲剂作为喷雾剂，或先添加后雾化，使得Hg⁺²及部分Hg⁰均发生化学反应，形成不溶且热稳定的β-硫化汞。

美国专利6,503,470公开了另一以硫化汞形式去除洗涤塔中汞的方法。特别地，硫化氢钠或NaSH用于与汞反应并将其硫化汞的形式进行隔离。

从燃气例如烟气中去除重金属仍存在问题，因此，需要寻求去除这些重金属的其它方法。

发明内容

本发明提供了一种从燃气中有效去除重金属的方法以及化学组合物。本发明的方法及化学组合物能特别有效地从煤燃烧形成的燃气中去除非期望金属。

一方面，本发明提供了一种从燃气中去除重金属的方法。该方法包括：提供一种含有期望被去除的重金属的燃气；将该燃气与含有至少一碱金属硫化物以及至少一碱金属或碱土金属缓冲剂的水性组合物相接触，从而至少将大部分重金属从燃气中去除。

在一实施方式中，燃气是指煤燃烧形成的燃气。优选地，期望被去除的重金属选自于锌、镉以及汞。更优选地，期望被去除的重金属为汞。